一号教学楼供配电设计

一号教学楼供配电设计
摘要：随着信息技术的发展，国民经济对数字化城市、绿色与智能建筑的要求越来越高，现代化和电气化的高层、高级、密集大型建筑群普遍兴建。设备电量增大，高电压、大容量的变电站建立在用电负荷中心，建筑电气范围不断扩大。本设计就是一号教学楼的供配电系统设计，内容包括负荷计算、无功功率补偿、导线与截面的选择、变电所、继电保护、防雷与接地等。这次设计必须考虑到供电系统的安全性、可靠性及经济性。通过对主接线设计，短路电流计算，主要电气设备型号和参数的确定，电气设备的动热稳定校验，无功补偿设计，防雷和过电压保护装置的设计较为详细地完成了电力系统的设计。

关键词：供配电系统设计；防雷与接地设计

Abstract：With the development of information technology, the demand of national economy for digital city, green and intelligent building is higher and higher, and modern, electrification, high-rise, high-level, dense large building groups are generally built. With the increase of equipment capacity, the substation with high voltage and large capacity is built on the power load center, and the electrical range of building is expanding. This design is the design of power supply and distribution system for No. 1 teaching building, which includes load calculation, reactive power compensation, conductor and cross section selection, substation, relay protection, lightning protection and grounding. The design must take into account the safety, reliability and economy of the power supply system. Through the design of the main wiring, the calculation of short-circuit current, the determination of the type and parameters of the main electrical equipment, the dynamic and thermal stability calibration of the electrical equipment, the design of reactive compensation, the design of lightning protection and over-voltage protection device, the design of the power system is completed in detail.

Key words: power supply and distribution system design;grounding design

目录
前言 1
第1章 概述 2
1.1工程概述 2
1.2 高层民用建筑的特点 2
1.3 建筑电气设计的组成 2
1.4建筑电气设计中的原则 3
第2章 供配电系统设计 4
2.1负荷等级 4
2.2各级负荷的供电措施 4
2.3 配电系统的原则 4
2.4 本高层教学楼的负荷分级与供电措施 5
第3章 负荷计算 6
3.1 负荷计算的方法 6
3.2本高层教学楼的负荷计算 10
3.3变压器负荷计算 13
第4章 无功功率补偿 16
4.1提高自然功率因数的方法 16
4.2人工补偿改善功率因数的方法 16
4.3无功补偿容量的计算 17
第5章 变配电所及变压器选择 19
5.1 确定变电所位置 19
5.2对总压变电所的要求 20
5.3变电所变压器选择 21
5.4 变压器容量的选择 21
5.4变压器单位数量的选择 21
5.6 变压器型号的选择 21
第6章 10kV变电所主接线设计规划 23
6.1 电气主接线的基本要求 23
6.2 电气主接线的基本形式 23
6.3 电气主接线方案设计 24
第7章 短路计算 26
7.1 短路概述 26
7.2 产生短路的原因 26
7.3 短路的危害 26
7.4 短路的计算 27
第8章导线型号及截面的选择 30
8.1导线型号的选择 30
8.2导线截面的选择 30
第9章 电气设备选型与检验 33
9.1电气设备选择条件 33
9.2 高压断路器的选择与校验 34
9.3隔离开关的选择与校验 35
9.4互感器的选择和校验 36
第10章 继电保护 39
10.1继电保护的任务与要求 39
10.2变压器保护 40
10.3继电保护电流计算 43
第11章 防雷与接地系统设计 46
11.1建筑物防雷等级确定 46
11.2建筑物防雷保护措施 46
11.3接地安全设计 47
结论 50
致谢 52
参 考 文 献 53

前言
建筑供配电系统设计是整个建筑设计的重要组成部分，供配电设计的质量直接影响到建筑的功能及其发展。建筑供配电设计必须根据上级有关部门的文件、建设单位的设计要求和工艺设备要求进行。建筑供配电设计必须贯彻国家有关工程建设的政策和法规，依据现行的国家标准及设计规范等，遵守对行业、部门和地区的有关规程及特殊规定，并考虑工程规模、特点及发展规划。
现代社会的信息化和网络化都是建立在电气化的基础之上的。做好供配电工作，对于保证企业生产的正常进行和实现工业现代化具有十分重要的意义。供配电工作要很好的为工业生产和国民经济服务，切实保证工业生产和国民经济的需要。在电力的供应、分配和使用中，不应发生人身事故和设备事故，满足电力用户对持续用电的要求，满足电力用户对电压质量和频率质量等方面的要求。经济应使供配电系统的投资少，运用费用低。在供配电工作中，应合理地处理局部与全局、当前与长远的关系、既要照顾局部和当前的利益，也要顾全全局和长远的利益。
建筑供配电设计的内容主要包括供配电线路设计、变配电所设计、电力设计、电气照明设计、建筑物的防雷及接地以及电气信号与自动控制等，本设计主要设计是变配电所的设计、电气照明设计以及建筑物的防雷和接地。

第1章 概述
1.1工程概述
本次设计的对象——高层教学楼，是个集教学与办公为一体的教学楼，建筑面积约为21000平方米，地下一层，地上七层。其中，地下室包括地下车库、水泵房、蓄水池、空调机房、变配电室、电梯等。地上一层面积约为3000平方米，由14个教室、6个教师办公室、1个消防控制室、1个值班室、2个阶梯教室、2个小演讲厅、1个大演讲厅及观景平台组成。二层与一层基本类似，在去掉两个值班室的基础上增加了两个教师休息室。三层则为教室和办公室、2个绘图教室、1个多功能厅。四到六层为标准层，由教室、办公室、绘图教室组成。一到六层每层面积约为3000平方米。七层为顶层，面积较小，约1800平方米，只有教师办公室、展厅以及教师活动大会议室。
1.2 高层民用建筑的特点
1、高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层教学楼则可采用城市公用变压器低压供电；
2、高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；
3、高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；
4、高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；
5、高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。
1.3 建筑电气设计的组成
建筑电气设计是现代高层建筑的重要组成部分，一般来讲，建筑电气设计大致分为强电部分和弱电部分。
强电部分的设计包括低压配电系统，动力照明干线系统，配电箱系统和导线电缆的敷设。强电部分是建筑电气设计的基础和主干部分，建筑电气的重要性和可靠性都取决于强电部分设计的好坏。而弱电部分包括有线电视及卫星电视系统，通信系统，广播扩声系统，火灾自动报警与消防联动系统还有综合布线系统，目前设计中比较深化的是火灾报警及消防联动系统与综合布线系统两部分。随着建筑智能化水平的提高，弱电部分的系统增加很多，弱电系统占基建投资的比率也越来越高，因此设计好弱电的各个子系统，对节约投资、提高智能化水平是有重要意义的。
1.4建筑电气设计中的原则
1、满足建筑物的使用功能。即满足照明的照度、色温、显色指数；
满足舒适性空调的温度及新风量，也就是舒适卫生；满足上下、左右的运输通道畅通无阻；满足特殊工艺要求，如娱乐场所的一些电气设施的用电，展厅的工艺照明及电力用电等。
2、考虑实际经济效益。节能应按国情考虑实际经济效益，不能因为节能而过高地消耗投资，增加运行费用，而是应该让增加的部分投资，能在几年或较短的时间内用节能减少下来的运行费用进行回收。
3、节省无谓消耗的能量。节能的着眼点，应是节省无谓消耗的能量。
首先找出哪些地方的能量消耗是与发挥建筑物功能无关的，再考虑采取什么措施节能。如变压器的功率损耗，传输电能线路上的有功损耗都是无用的能量损耗，又如量大面广的照明容量，宜采用先进技术使其能耗降低。

第2章 供配电系统设计
2.1负荷等级
民用建筑电气负荷，根据建筑物在政治、经济上的重要性或用电设备对供电可靠性的要求，分为三级。即一级负荷、二级负荷、三级负荷。
在本设计高层教学楼中，根据负荷等级的分类，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷；普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷；而普通照明为三级负荷。
2.2各级负荷的供电措施
各级负荷用户和设备的供电措施，均与外部电源条件有关，而外部电源条件取决于工程筹建单位提供的由当地供电部门出据的“供电方案”。根据“供电方案”设计本工程的电源及供配电系统。
1、一级负荷用户和设备的供电措施
一级负荷用户应由两个电源供电，当一个电源发生故障时，另一个电源应不致同时受到破坏。而且当一个电源中断供电时，另一个电源应能承担本用户的全部一级负荷设备的供电。一级负荷用户的变配电室内的高低压配电系统，均应采用单母线分段系统。分列运行互为备用。一级负荷设备应采用双电源供电，并在最末一级配电装置处自动切换。
2、二级负荷用户和设备的供电措施
二级负荷的供电系统应做到当电力变压器或线路发生常见故障时，不致中断供电或中断供电能及时恢复。应急照明等分散的小容量负荷，可采用一路市电加EPS或采用一路电源与设备自带的蓄电池(组)在设备处自动切换。
3、三级负荷用户和设备的供电措施
三级负荷对供电无特殊要求，采用单回路供电，但应使配电系统简洁可靠，尽量减少配电级数，低压配电级数一般不宜超过四级。且应在技术经济合理的条件下，尽量减少电压偏差和电压波动。
2.3 配电系统的原则
配电系统设计应满足供电可靠性和电压质量的要求。配电系统以三级保护为宜。系统结构不宜复杂，在操作安全、检修方便的前提下，应有一定的灵活性。配电线路或配电室及配电箱应设置在负荷中心，以最大限度地减小导线截面，降低电能损耗。同一用电设备性质相同或接近，应有同一线路供电；不同性质的用电设备应有不同支路的线路供电。
在供电线路中，如果安装有冲击负荷大的用电设备，应有单独支路供电。对于容量较大的用电设备（10千瓦以上），应有单独支路供电。在三相供电线路中，单相用电设备应均匀地分配到三相线路，应尽可能做到三相平衡。由单相负荷分配不均匀所引起的中性线电流，不得超过额定电流的25﹪；每一相的电流在满载时不得超过额定电流值。
在配电系统中的配电屏、箱应留有适当的备用回路。选择导线截面也应适当留有余量。
2.4 本高层教学楼的负荷分级与供电措施
本工程为一高层教学楼，消防中心、消防栓泵、喷淋泵、消防电梯、防烟排烟风机、应急照明等消防设备为一级负荷，普通电梯、生活水泵和弱电机房为二级负荷，设为一用一备，互为备用，采用双电源供电，从附近两变电站引入两回路，采用单母线分段制，中间设联络柜，并在最末一级配电箱处设置自动切换装置。其它照明用电为三级负荷。

第3章 负荷计算
3.1 负荷计算的方法
1、需要系数法。用设备功率乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷。这种方法比较简单，应用广泛，尤其适用于配、变电所的负荷计算。
2、利用系数法。采用利用系数求出最大负荷班的平均负荷，再考虑设备台数和功率差异的影响，乘以与有效台数有关的最大系数得出计算负荷。这种方法的理论依据是概率论和数理统计，因而计算结果比较接近实际，但因利用系数实测与统计较难，在民用建筑电气中一般不用。
3、单位面积功率法、单位指标法。
一般情况下，在方案设计阶段可采用单位指标法；在初步设计及施工图设计阶段，宜采用需要系数法；对于住宅，在设计的各个阶段均可采用单位指标法。
因此在本工程的负荷计算中，先用根据单位面积功率法大致估算本工程的计算负荷，然后再用需要系数法进行进一步计算。
⑴设备容量的计算
在计算用户的设备容量时，应先对单台用电设备或用电设备组进行下列处理再相加：
①单台设备的设备容量一般取其名牌上的额定容量或额定功率。
②连续工作的电动机的设备容量即名牌上的额定功率，是轴输出有功功率，未计入电动机本身的损耗。
③短时工作电机，需考虑使用系数。
④照明设备的设备容量采用光源的额定功率加上附属设备的功率。如荧光灯、金属卤化物灯、高压钠灯、高压汞灯，均为灯泡的额定功率加上镇流器的损耗。低压卤钨灯、低压钠灯为灯泡额定功率加上变压器的功耗。
⑤成组用电设备的设备容量不包括备用设备。
⑥消防设备与火灾时必然切除的设备取其大者计入总设备容量。
⑵计算容量的计算
①方案设计阶段确定计算容量时，采用单位指标法计算、并根据计算结果确定电力变压器的容量和台数，各类建筑物的用电指标如下表。
表3-1 各类建筑物的用电指标
建筑类别 用电指标（ W/ ㎡ ） 建筑类别 用电指标（ W/ ㎡）
公寓 30～50 医院 40～70
旅馆 40～70 高等学校 20～40
办公 40～80 中小学 12～20
商业 一般：40～80 展览馆 50～80
大中型：70～130
体育 40～70 演播室 250～500
剧场 50～80 汽车库 8～15
②工图阶段采用需要系数法。
计算容量（计算负荷、有功功率）：

式中 ——计算容量（kW）；
——需要系数；
——设备容量；
视在容量（视在功率）：

无功负荷（无功功率）：

或
单相负荷均衡的分配到三相上。当无法使三相完全平衡，且最大一相与最小一相负荷之差大于三相总负荷10%时，应取最大一相负荷的三倍作为等效三相负荷计算，否则按三相对称负荷计算。
同类设备的计算容量，可以将设备容量的算数和乘以需要系数。不同类型的设备的视在功率，应将其有功负荷和无功负荷分别相加后求其均方根。

表3-2 需要系数及功率因数表
负荷名称 规模（台数） 需要系数（Kx） 功率因数
（） 备注
照明 面积＜500m2 1～0.9 0.9～1 含插座容量，荧光灯就地补偿或采用电子镇流器
500～3000 m2 0.9～0.7 0.9
3000～15000 m2 0.75～0.55
＞15000 m2 0.6～0.4
商场照明 0.9～0.7
冷冻机房
锅炉房 1～3台 0.9～0.7 0.8～0.85
＞3台 0.7～0.6
热力站、水泵房、通风机 1～5台 1～0.8 0.8～0.85
＞5台 0.8～0.6
电梯 0.18～0.22 0.7(交流梯)
0.8(直流梯)
洗衣机房
厨房 ≤100kW 0.4～0.5 0.8～0.9
＞100kW 0.3～0.4
窗式空调 4～10台 0.8～0.6 0.8
10～50台 0.6～0.4
50台以上 0.4～0.3
舞台照明 ＜200 kW 1～0.6 0.9～1
＞200 kW 0.6～0.4
注：1、一般动力设备为3台及以下时，需要系数取为Kx=1。
2、大面积集中控制的灯比相同建筑面积的多个小房间分散控制的灯的需要系数大。插座容量的比例大时，需要系数的选择可以偏小些。
⑶计算电流的计算
①380/220V三相平衡负荷的计算电流:

式中 ——三相设备的额定电压, =0.38kV。
②220V单相负荷的计算电流：

③电力变压器低压侧的额定电流：

式中 ——变压器的额定容量；
——变压器低压侧的额定电压，=0.4 kV。
3.2本高层教学楼的负荷计算
1、举例说明负荷计算（以地下室为例）：
（1）动力负荷计算
1）各类水泵、风机
本设计地下室包括消防栓泵（主、备，=22kW）、喷淋泵 （主、备，=18.5kW）、生活水泵（主、备，=25kW）、排烟风机（主、备，=11kW）。
以上各设备Kx取0.8，，，。
由公式得：
消防栓泵=Kx=0.8×22=17.6 kW
消防栓泵17.6×0.75=13.2
喷淋泵= Kx=0.8×18.5=14.8 kW
喷淋泵14.8×0.75=11.1
生活水泵= Kx=0.8×25=20 kW
生活水泵20×0.75=15
排烟风机= Kx=0.8×11=8.8 kW
排烟风机8.8×0.75=6.6
各类水泵、风机的总负荷为
泵、风机=17.6+14.8+20+8.8=61.2 kW
泵、风机=13.2+11.1+15+6.6=45.9
2）空调 Kx取0.8，，，。
全楼设中央空调，空调= KxPe=0.8×150=120 kW
空调==120×0.75=90
动力总负荷为动力=61.2+120=181.2 kW
动力=45.9+90=135.9
（2）照明负荷计算
1）方案设计阶段确定照明及插座的计算容量，采用单位指标法进行计算
地下一层的建筑面积约为1000㎡，用电指标取14.4W/㎡
=1000×14.4=14.4 kW
2）施工图阶段采用需要系数法
用单位指标法做出的计算容量14.4 kW即为用需要系数法计算中的设备容量。
因此在需要系数法下，地下室照明
=Kx×Pe=0.85×14.4=12.24 kW
=×=12.24×0.62=7.6
=12.24÷0.85=14.4kVA
=1.52×12.24÷0.85=21.9A
地下室总计算负荷

kVA
3、全楼总负荷计算
该高层教学楼的总负荷计算见表3-3
表3-3 高层教学办公楼负荷计算表
序号 楼层及设备组名称 设备容量 KW
计算负荷

KW
KVAR
KVA
A
NO.1 地
下
室 泵、风机 76.5 0.8 0.75 61.2 45.9 76.5 116.28
空调 150 0.8 0.75 120 90 150 228
照明 14.4 0.85 0.62 12.24 7.6 14.4 21.9
小计 193.44 143.5 366.18
乘 174.1 129.15 244．8
NO.2 一层 消防中心 20 1 0.75 20 15 25 38
照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
小计 59.1 39.2 107.92
乘 53.19 35.28 63.83
NO.3 二层 弱电机房 8 1 0.75 8 6 10 15.2
照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
小计 47.1 30.2 84.92
乘 42.39 27.18 50.36
NO.4 三到七层 三层照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
四层照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
五层照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
六层照明 46 0.85 0.62 39.1 24.2 45.98 69.92
七层照明 23 0.85 0.62 19.55 12.121 23 34.96
小计 175.95 108.92
乘 158.36 98.028 186.3
NO.5 电梯 40 1 0.75 20 15 25 38
3.3变压器负荷计算
1、1#号变压器各项负荷数据如表3-4所示，负荷计算如下：
照明设备：

计算机部分：

进风机部分：

1#号变压器最后总的计算负荷：

表3-4 1#号变压器各项负荷数据
1#号变压器 设备功率
kW 数目
照明设备 30 0.70 0.80 0.75 2
40 1
15 5
120 1
计算机 240 0.80 0.80 0.75 2
进风机 7.5 0.70 0.85 0.62 1
2、2#号变压器各项负荷数据如表3-5所示，负荷计算如下：
照明设备：

电力设备：

正压风机部分：

2#号变压器最后总的计算负荷：

表3-5 2#号变压器各项负荷数据
2#号变压器 设备功率kW 数目
照明设备 21 0.70 0.80 0.75 1
50 1
电力设备 30 0.70 0.80 0.75 1
120 1
160 1
180 2
200 2
正压风机 14 0.60 0.80 0.75 1

第4章 无功功率补偿
4.1提高自然功率因数的方法
提高用电设备功率因数，一般采用如下措施：
1.合理选择电动机的容量，使其接近满载运行。
2.对实际负载不超过额定容量40%的电动机，应更换为小容量的电动机。
3.合理安排和调整工艺流程，改善用电设备的运转方式，限制感应电动机空载运行。
4.正确选择变压器容量，提高变压器的负载率（一般为75%~80%比较合适）。对于负载率低于30%的变压器，应予以调整或更换。
5.对于负载率在0.6~0.9的绕线转子电动机，必要时可以使其同化，这时电动机可以向电力系统输送出无功功率。
4.2人工补偿改善功率因数的方法
当采用提高自然功率因数的方法，仍不能满足电力部门所要求的数值时应采用人工补偿方法，利用专门的补偿设备来提高功率因数，通常采用方法有：
1.采用同步电动机补偿。使用同步电动机在励磁方式呈现容性时，其功率因数超前，向供电系统输出无功功率，用来补偿感性用电设备所需要的无功功率，从而提高功率因数。
2.利用调相机作为无功功率电源（无功发电机），用来补偿用户运行所需要的无功功率，。同步调相机是轴上不带任何负载的同步电动机，调节同步调相机的励磁电流大小，可以改变其输出无功功率的大小，从而提高功率因数。
3.采用并联静电电容器补偿。将电容器与感性负荷（用电设备）并联，改善的是包括电容器在内的整个线路的功率因数。
4.静止无功补偿器。是由可控硅控制的可调电抗器与电容器并联组成的新型无功补偿装置，具有极好的调节性能，能快速跟踪负荷变动，改变无功功率的大小，能根据需要改变的无功功率的方向，响应速度快，不仅可以作为一般的无功功率装置，而且是唯一能用于冲击性负荷的无功补偿装置。
4.3无功补偿容量的计算
1、无功功率补偿原理
假设功率因数由提高到，这时在用户需用的有功功率不变的条件下，无功功率将由减小到，视在功率将由减小到。要使功率因数从增加到，安装设置无功补偿设备(并联电容器)是一种普遍使用的方法，容量为
无功补偿以后无功计算负荷为
无功补偿以后视在计算负荷为
图4-1 并联电容器补偿的原理图

并联电容器补偿的原理图如图4-1所示。
1#号变压器负荷补偿：

现将其提高到，

，考虑三相平衡，选取12个，容量为。
得到经过补偿后：

2#号变压器负荷补偿：

现将其提高到，

，考虑三相平衡，选取15个，容量为：。
得到经过补偿后：

满足设计要求。

第5章 变配电所及变压器选择
5.1 确定变电所位置
1、高层民用建筑的特点
（1）高层民用建筑采用10KV甚至35KV高压供电，而一般高层教学楼则可采用城市公用变压器低压供电；
（2）高层民用建筑的用电量大，对电气设备的要求较高；
（3）高层民用建筑对消防系统的安全、可靠性要求较高；
（4）高层民用建筑对防雷、接地等安全要求较高；
（5）高层民用建筑功能较全，对弱电部分依赖较多，智能化水平较高。
2、 变电所位置的确定应遵照以下原则：
（1）靠近用电负荷中心。
（2）进线和出线方便。设备运输方便。
（3）避免设在有强烈振动设施的附近。
（4）避免布置在多尘、有腐蚀性气体和有水雾的场所，如冷却塔附近，并应位于多尘、有腐蚀性气体的下风侧和水雾场所冬季盛行风向的上风侧。
（5）不应设在爆炸危险环境内，且不应设在危险环境的相邻层正上方和正下方。
（6）远离人员集中区，有利于安全且便于保卫
（7）变电所与工艺装置或设备的防火间距(m)不应小于下表的规定。
项目
明火设备 可燃气体压缩机或压缩机房 装置储罐（1） 其他工艺设备或厂房
可燃物类别 -

液化烃和可燃液体类别

可燃物类别 -
-

甲A

甲B乙A	乙B丙A
甲A

甲B乙A

乙B丙A


可燃气体类别
-	甲	乙	-	甲	乙	-	甲	乙

变配电所 15 15 9 22.5 15 9 15 15 9

（8）变电所内部的设备之间、建筑物之间及设备与建筑物、构筑物之间的最小防火净距应符合“35～110kV变电所设计规范。
5.2对总压变电所的要求
1.因学校距地区变电所较远，联系不便，为便于检修、维护、管理、控制，进线处应设置油断路器
2根据规定，备用电源只有在主电源线路解列及主变压器故障或检修时才允许投入，因此备用电源进线开关在正常工作时必须断开
3.变压器二次侧设油断路器，与备用电源进线断路器组成备用电源自动投入装置（BZT），当工作母线段失去电压时，工作使备用电源自动投入；
4.根据3项，10KV母线应分段，母线联络开关正常工作时投入，重要二级负荷可接在第段母线分段上，期使主电源停止供电时，不使重要负荷的供电受到影响；
5.当主电源发生故障时，本变电所的操作电源来自备用电源断路器前的所用变压器。

5.3变电所变压器选择
在整个电网中，电能的安全输送、有效分配和可靠使用都离不开变压器。在一般的民用建筑供电系统中，大多数采用的是高7压(通常是10kV)变换成低压(400V/230V)的降压配电变压器。
5.4 变压器容量的选择
变电所中在安装设置两台主变压器的情况下：
每台变压器的容量 应同时达到下述两个基本要求：
1）任何一台变压器独立工作时，宜满足 的大约，可表示为 。
2）任何一台变压器独立工作时，宜满足所有一、二级负荷的需求，可表示为。
变压器在空载运行时需由供电系统提供的无功功率较大，如果选用大容量的变压器，不仅提升成本投资，增加空载损耗和网络损耗，减小功率因数，而且变压器会长期在轻载情况下运行；如果选用小容量的变压器，设备容易毁坏，变压器会长期在负载情况下运行。所以基于现有的负荷来选择变压器的容量，遵照变电所的设计选用的变压器容量为1000kVA。
5.4变压器单位数量的选择
选择主变压器单位数量应该思考一下要求：
1）为保证供电的可靠性，一般应安装设置两台主变压器，目的是在一台变压器出现滞碍或需要维修的情况下，另一台变压器可继续对负载持续供用电能。
2)针对季节性负荷或者白天黑夜负荷相差浮动比较大而选取经济性运行的变电所，也可思索选取变压器的数量为两台。
3）在选择变电所主变压器单位数量时应该充分探讨负荷的发展，使其具有一定的空间。
变电所选用高压为，低压为，考虑选用两台变压器的安装设置。
5.6 变压器型号的选择
10kV/0.4kV双绕组变压器宜选用连接组标号为Dyn11的三相变压器，以限制三次谐波的含量。
变压器型号表示和含义如下图7-1
图5-1变压器型号表示和含义
综上所述结合该教学楼的原始资料，电力变压器宜选用SCB11-1000/10kV型。
变压器SCB11-1000/10kV型主要技术数据见表5-1。
表5-1 变压器SCB11-1000/10kV型主要技术数据
型号 额定
容量（kVA）
额定电压（kV）
空载损耗（W） 负载损耗（W） 阻抗电压（%） 空载电流（%） 连接组
标号
高压 低压
SCB11-1000/10 1000 10.5 0.4 1267 8170 6 1.1 Dyn11

第6章 10kV变电所主接线设计规划
变电所电气设计的关键环节是电气主接线的设计，同时也是整个电网不可或缺的组成部分。因此，主接线的设计，必须要全面分析考虑所有的因素，正确处理电压等级、负荷等级、对电气设备的选择和布置、二次回路继电保护设计之间的关系。正确确定主接线的方式是教学楼供电系统设计中至关重要的枢纽。
6.1 电气主接线的基本要求
整个电力系统和变电所本身运行得可靠性、经济性、灵活性组成了电气主接线的基本要求。
1、可靠性：供电可靠性是电力传输、分配的前提条件，供电的中止将会引起国民经济各部门的严重损失。因此，应满足各级电力负荷连续供电可靠性的条件。
2、经济性：可节省投资，主接线应一目了然，主要电气设备例如隔离开关、熔断器、互感器等减小使用，避免短路的发生目的是采用更加便宜的设备；电能损失少：考虑成本投资问题对变压器的单位数量、容量和型号经济性选用。
3、灵活性：主接线应能够适应供电系统所需运行方式，方便维护与操作，并能适应负荷发展，充分考虑改建等可能性。
4、安全性：按照国家标准和有关技术规范的要求进行设计，力求保证人事和设备安全。
6.2 电气主接线的基本形式
1、单母线接线
优点：接线一目了然、设备不多、运行方便、投资少、有利于扩充更大空间。
缺点：在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下，会引发配电装备停止供电。由此看来，单母线接线的供电灵活性和可靠性都不太理想，适宜在较小容量以及电力负荷对供电可靠性要求相对低的场合。
2、单母线分段接线
优点：母线发生滞碍或需要维修的情况下停电范围将减小。
缺点：在母线及隔离开关发生滞碍或需要维修的情况下，分段上的全部电源会断开，整个体系发电的数量会降低，依靠此条单回路供电的用户会被停电，供电灵活性和可靠性都不太理想。
3、双母线接线
优点：供电灵活性和可靠性高，检修方便，扩建也便利，多用于大中型变配电所。
缺点：运行状态下的母线发生滞碍的情况下将造成整个配电装置暂时性停电，另外该接线结构复杂，设备开关等使用量大，还容易造成误操作。
4、内桥接线
特点：在一条电源线或断路器的维修的情况下，其他仍然按照日常符合的规律运行。当任一回线路发生滞碍时，断开故障电路，其他回路可继续工作，但当任何一台变压器发生故障或要检修时，则要先断开一回路，经倒闸操作后方可恢复供电。
5、外桥接线
特点：跨接桥靠近线路侧，变压器回路操作简单方便，其他三个回路在一个变压器发生滞碍或需要维修的情况下仍可按照日常符合的规律运行。可是当任一线路发生滞碍的情况下，要使供电重新恢复正常需进行倒闸操作。此接线方式在供电线路短，负荷变化大，主变投切频繁的场合较为适合采用。
6.3 电气主接线方案设计
1、一、二次侧全选用单母线接线
特点：接线清楚明晰、设备不多、运行方便、投资少，供电灵活性和可靠性较高，适用于二、三类负荷。
2、一、二次侧全选用单母线分段接线
特点：供电可靠性和灵活性高，高压开关设备使用的数量偏多，增加了投资不经济，此用于一、二类负荷。
3、一、二次侧全选用双母线接线
特点：供电可靠性和灵活性高，配电装置繁杂，宜用于大容量的负荷，
增加了投资不经济，而且所占空间大。
4、一次侧选用内桥或者外桥接线、二次侧选用单母线分段接线
特点：供电可靠性和灵活性高，设备使用的数量不多，布局简单，所占空间小，此用于一、二类负荷。
依据该教学楼变电所中实际情况的了解，通过对上述4种方案的比较，选择方案1。电气主接线图见图6-1。

图6-1 电气主接线

第7章 短路计算
为了限制短路的各种危害和缩小故障所影响的范围，在供电系统规划中，短路电流计算是必不可少的，其目的在于解决以下技术问题：
1）对主要电气设备、载流导体进行选择，检验证明其动稳定度和热稳定度。
2）对继电保护进行设计，使保护装置能快速切断短路故障达到系统稳态运行。
3）对电力系统实用短路计算的基本原理和方法的灵活运用，是正确设计电气设备参数的首要环节。
4）对主接线方案设计和主要运行方式的确定。
7.1 短路概述
电力系统的状态有三种：正常运行、不正常运行、短路故障。由于各种原因阻碍电力系统正常运行时产生的一系列故障最常见的是短路故障，也简称短路。除电力系统正常运行状态之外的一切相与相之间或相与地（或中性线）之间的低阻性短路连接情况即为短路。
7.2 产生短路的原因
由于破坏了电气设备载流部分的绝缘所造成短路现象，这是其主要原因。例如：架空线路的绝缘子可能因为受到过电压发生闪络放电，也可能因为空气污染使绝缘子表面在稳态运行电压下放电；在变压器、发电机、电缆线路等电气设备工作时损坏了其载流部分的绝缘材料；绝缘材料长期外露在室外条件下产生的各种变化，以及设计、装配和检修不适当所引发的弊端造成短路；鸟兽跨接在外露的相线之间或咬坏电缆绝缘，气象条件恶劣由此造成的短路也屡见不鲜；此外还有人为误而引发短路。
7.3 短路的危害
1)电流剧增：短路时会产生很大的电动力或者设备升高到较高的温度，故障元件毁坏。
2)电压减小速度特别快，严重影响电气设备正常运行。
3)短路影响着电力系统的稳态运行，并列运行的发电机组出现不同步的现象，系统解列危险发生。
4)发生不对称短路时,短路电流产生大的电磁场，附近通信设备会造成一定的干预，影响其稳态运行甚至导致误动作。
限制短路电流降低短路事故的发生，将发生短路的故障部分与其它部分快速有效切断，也可安装自动重合闸装置。综上所述，在教学楼供电系统的设计、变电所运行工作中，短路计算是重要的环节，所以要通过短路计算来选择电气主接线方案、选择合适的电气设备，确保系统产生短路电流在最大的情况下设备不会毁坏。
7.4 短路的计算

图7-1 4个故障点短路计算图

电力系统4个故障点短路计算图见7-1所示。计算方法采用运算步骤简单、数值简明的标幺值法计算。选取基准值，，， 由此可得：

短路回路主要元件电抗标幺值计算如下：
因为断路器的额定开断电流为
电力系统：

架空线路：

电力变压器：

图7-2 K3点短路电路图
故障点K3点的短路等效图见图7-2。

图7-3 K4点短路电路图
故障点K4点的短路等效图见图7-3。

短路计算表见表7-1
表7-1短路计算表
短路故障点 三相短路电流（kA） 三相短路量（MVA）

K3点 2.76 2.76 2.76 7.04 4.22 50.25
K4点 32.07 32.07 32.07 59.01 34.96 22.27

第8章导线型号及截面的选择
8.1导线型号的选择
1、导体材料的选择
从节能角度，为了减少电能传输时引起的线路上电能损耗，要求减少导体的电流阻抗则使用铜比铝好。故，本设计中所有导线电缆全部选用铜芯线。
2、导线绝缘及护套材料的选择
⑴电力电缆
交联聚乙烯、绝缘聚氯乙烯护套的电力电缆：其制造工艺简单，没有敷设高差的限制。重量较轻，弯曲性能好，具有内铠装结构，使铠装不易腐蚀。能耐油和酸碱性的腐蚀，而且还具有不延燃的特性，可适用于有火灾发生的环境。同时，该电缆还具有不吸水的特性，适用用于潮湿、积水或水中敷设。
⑵导线
塑料绝缘导线：其绝缘性能好，制造工艺简单，价格比较便宜，无论明敷或穿管都可替代橡皮绝缘线。但其气温适应性较差，低温时易变脆，高温易挥发。
由于民用建筑主要由低压供配电线路供电，所以导线截面的选择主要采用发热条件计算法和电压损失计算法。
8.2导线截面的选择
电流通过导线时，要产生电能损耗，使导线发热，若绝缘导线和电缆的温度过高时，可使绝缘损坏，甚至引起火灾。当裸导线的温度过高时，会使其接头处的氧化加剧，增大接触电阻，使之进一步氧化，如此恶性循环，甚至可发展到断线。因此规定了不同材料和绝缘导线的允许载流量。在这个允许载流量范围内运行，导线的升温不会超过允许值。选择导线截面使通过相线的电流Ic应不超过导线正常运行时的允许载流量Ial。
1、中性线截面的选择
三相四线制系统中的中性线，要考虑不平衡电流和零序电流以及谐波电流的影响。
⑴一般三相四线制系统中的中性线截面应不小于相线截面的一半。
⑵有三相四线制引出的两相三线制和单相线路，因中性线电流和相线电流相等，故中性线截面和相线截面相同。
⑶如果三相四线制线路的三次谐波电流相当突出，该谐波电流回流过中性线，此时中性线截面应不小于相线截面。
遵循以上原则，本设计中各中性线截面是相线截面的一半。
2、保护线截面的选择
保护线截面要满足短路热稳定的要求，按GB50053-95低压配电设计规范规定：
⑴当相线截面小于16mm2时，保护线截面应不小于相线截面。
⑵当相线截面不大于35mm2且大于16mm2时，保护线截面应不小于相线截面。
⑶当相线截面大于35mm2时，保护线截面应不小于相线截面的一半。
本设计中，根据《全国民用建筑工程设计技术措施》当相线截面不大于35mm2时，各保护线截面和相线截面相同。当相线截面大于35mm2时，各保护线截面至少为相线截面的一半。除消防电缆用的ZR-XEYH型，别的都用的VV型的；导线都选择的BV型。
以普通回路WL1为例，为地下室照明，其计算电流为21.9A，整定电流为40A。10㎜2的聚氯乙烯电缆载流量至少为40A，因此本回路电缆选聚氯乙烯电缆VV-4×10+1×10型号的即可。对于回路WLM14，为弱电机房，其计算电流为15.2A，整定电流为32A。10㎜2的BV导线的载流量至少为32A，因此本回路导线选择BV-4×10+E×10-RC25型号。整栋建筑导线选型如下图：
表8-1 导线选型
楼层 导线选型
地下室照明 VV-4×10+1×10
地下室弱电机房 BV-4×10+E×10-RC25
一层照明 BV-3×10+E×10-RC25
二到七层照明 BV-3×10+E×9-RC25

第9章 电气设备选型与检验
9.1电气设备选择条件
使用电气设备，例如变压器、断路器、隔离开关、互感器等，以电气设备在系统中处的地理位置与完成的任务来确定其型号和参数为依据来选择电气设备。这些设备的主要任务是保证变电所的可靠持续供电，安全且经济得运行。
选择电气设备应满足下述基本条件：
1）以正常运行的条件和运行的境地为选择依据。
①基于运行电压对电气设备的额定电压进行确定：电气设备额定电压应大于等于其所
在线路的额定电压 。
②基于变压器额定电流来计算变压器高压侧实际最大工作电流，即

基于负荷电流最大情况下对电气设备额定电流进行断定：电气设备额定电流应大于等于实际流过的负荷电流在最大的情况下（或者），用式子表示为或者。
2）确保在发生短路时不损坏电气设备，则基于最大可能的短路电流值对电气设备的热稳定性和动稳定性进行校验。按式子 ，，校验。
3）开关电器断流能力校验。遵循，两个式子对具有断开短路电流大小能力的高压开关设备进行校验。
一次设备选择校验目录及条件见表9-1。

表9-1一次设备选择校验目录及条件
一次设备名称 电压/kV 电流/A 断流能力/kA 短路电流校验
动稳定度 热稳定度
熔断器 √ √ √ － －
高压隔离开关 √ √ － √ √－
高压负荷开关 √ √ √ √ √
高压断路器 √ √ √ √ √
电流互感器 √ √ － √ √
电压互感器 √ － － － －
母线 － √ － √ √
电缆 √ √ － － √
9.2 高压断路器的选择与校验
电力系统的稳态运行离不开高压断路器的正常工作。在出现滞碍的情况下可能引起人身和电网事故，导致巨大损失[9]。高压断路器文字符号为QF，它的用处在于既可断开正常负荷电流，又可以承载和通入时间范围内的短路电流，还能自动跳闸快速切除故障减小短路事故发生率。此外完善的灭弧装置和较强的灭弧能力也是断路器必须具备的。
线路首端短路时短路电流值最大，而线路首端点短路和母线点短路的短路电流相等，即
短路电流冲击值为
短路容量为
拟选用高压真空断路器，断路时间为 ，控制断路器的线路继电保护装置实际最大的动作时间为 ，则短路假象时间为

根据以上数据，高压断路器选择ZN12-10型。高压断路器ZN12-10型各项技术数据见表9-2。
表9-2高压断路器ZN12-10型各项技术数据
类别 型号 额定电压/kV 额定电流/A 额定开断电流/kA 动稳定电流峰值/kA 热稳定电流有效值/kA 固定分闸时间/s
不大于 和闸时间/s
不大于
户内真空断路器 ZN12-10 10 1250 25 63 25（4s） 0.06 0.10

9.3隔离开关的选择与校验
隔离开关文字符号为QS。隔离开关的用处在于当断路器断开后，隔离开关亦随之断开，隔断有电部分与无电部分，有辅助开关的效果[10]。其构造特性是断开后有清晰的断开间隙，并且有良好的可靠的绝缘和相间绝缘，可有效避免人身和设备事故的发生。但隔离开关没有专门的灭弧装置，所以缺点为不能进行带负荷拉、合闸操作，接通和断开短路电流和负荷电流也是不可以的。基于安装场所的不同高压隔离开关包括户内式和户外式。
隔离开关选型号的时候应根据实际情况来选择GN系列户内高压隔离开关，选择型号为GN30—10D/630，此种型号为高压10kV，电流频率50HZ，安装在高压开关柜内，安全性能高。隔离开关GN30—10D/630型各项技术数据见表9-3。

表9-3 隔离开关GN30—10D/630型各项技术数据
型号 型式 序号 额定电压/kV 额定电流/A 短路冲击电流/A 热稳定电流/KA 结构标志
GN30-10D/630 户内 30 10 630 50 14 带接地刀闸
最大工作电流，即
短路电流的冲击值为
短路容量为
短路假象时间为
热稳定校验
9.4互感器的选择和校验
互感器包括电流互感器和电压互感器，电流互感器表示为CT且文字符号TA；电压互感器表示为PT且文字符号TV。互感器可以测量和保护电力系统，能将电气一次设备信息传递到二次设备，具有降低电压和电流的重要作用。互感器主要有3个功能：1）隔离高压电路。互感器的两边仅有磁的联系，能将一次主电路和二次设备阻隔，保证人身安全和电气设备正常运行。2）二次设备的使用范围会增大。用小量程（5A或者1A）的电流表测量很大电流可以使用电流互感器；用小量程（100V）的电压表测量很高电压可以使用电压互感器。3）继电器和测量仪表更加标准规范，规模更加小，构造不会复杂化，成本会减小。
1、电流互感器的选择和校验
（1）电流互感器型号的选择：基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据。
（2）额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。
（3)校验动稳定性和热稳定性：对于大多数电流互感器，提供了动稳定倍数 和热稳定倍数。
电流互感器择用LZZBJ9-10型，查表得，

热稳定倍数为 ，
热稳定度校验条件为，
一般为热稳定倍数，即电流互感器的试验时间为，上式可改写成
，，
因为，由上述结果可知满
足热稳定校验。电流互感器LZZBJ9-10型各项技术数据见表9-4。
表9-4 电流互感器LZZBJ9-10型各项技术数据
型号 额定一次电流（A） 准确级
组合 额定二次负荷（VA） 1S短时热电流（kA有效值） 额定动稳定电流（kA峰值）
0.2级 0.5S级 0.5级 10P
级
LZZBJ9-10
150
0.5/10P
0.2/10P
0.5S/10P
0.2S/10P 10 10 10 15
45

110

2、电压互感器的选择和校验
（1）电压互感器型号的选择：基于正常运行的条件和运行的境地为选择依据。
（2）额定电压的确定：额定电压须大于等于安装地点线路的额定电压。
（3）基于测量仪表准确度的条件选型并校验。
确保在预定范围内的精度误差，二次侧负荷须小于等于电压互感器二次侧额定容量,，，其中，
分别为仪表、继电器电压线圈消耗的总的有功和总的无功功率。电压互感器选用JDZ18-10型。电压互感器JDZ18-10型各项技术数据见表9-5。
表9-5 电压互感器JDZ18-10型各项技术数据
型号 额定电压/kV 一次绕组额定容量/VA 二次绕组额定容量/VA 最大容量/VA
JDZ18-10 一次 二次 0.5 1 3 3P 6P 400
10 0.1 50 80 200

注：熔断器的保护作用使得电压互感器短路热稳定度和动稳定度的校验是不必要的。

第10章 继电保护
10.1继电保护的任务与要求
1、继电保护的任务
（1）当供电系统发生故障时，必须迅速的切除故障，缩小事故范围，保证系统无故障部分正常运行。
(2）当系统出现不正常工作状态时，应发出信号，能使值班人员及时进行处理，以免引起设备故障。
2、继电保护装置
继电保护装置是指能反映电气设备发生故障或不正常工作状态而作用于开关跳闸或发出信号的自动装置。继电保护装置是由各种继电器组成的。继电保护装置在供电系统中的主要作用是通过预防事故或缩小事故范围来提高斯通运行的可靠性，最大限度的保证可靠的供电。
系统中的线路和电气设备的保护应有主保护和后备保护，必要时应增设辅助保护。
（1）主保护：应能最快速并有选择性的切除被保护区域的故障。
（2）后备保护：应在主保护或断路器拒绝动作时切出故障。后备保护分为近后备和远后备两种形式。
近后备：当主保护拒绝动作时，由本设备或线路的另一套保护实现后备；当断路器拒绝动作时，由断路器的失灵保护实现后备。
远后备：当主保护或断路器拒绝动作时，由相邻设备或线路的保护实现后备。
（3）辅助保护：当需要加速切除线路故障或消除方向元件的死区时，可采用由电流速断构成的辅助保护。
3、继电保护装置的基本要求
（1）选择性：当供电系统某部分发生故障时，继电保护装置应使距离故障点最近的断路器动作，将故障部分切除，缩小停电范围，保证无故障部分正常运行。
（2）快速性：快速切除短路故障可以减轻短路电流对电气设备的破坏程度；可以迅速恢复供电系统正常运行的过程，减小对用户的影响。
（3）可靠性：当发生故障时，要求保护装置动作可靠，即在应动作时不拒绝动作，而在不应该动作时不会误动作。
（4）灵敏性：是指对被保护电气设备可能发生的故障和不正常运行方式的反应能力。为了使保护装置在故障时能起到保护作用，要求装置有较好的灵敏性。各类短路保护装置的灵敏系数不宜低于表10-1的规定。
表10-1 短路保护的最小灵敏系数
保护分类 保护类型 组成元件 最小灵敏系数 备注
主保护 变压器、线路的电流速断保护 电流元件 2.0 按保护安装处短路计算
电流保护、电压保护 电流、电压元件 1.5 按保护区末端计算
10kV供配电系统中单相保护接地 电流、电压元件 1.5 —
后备保护 近后备保护 电流、电压元件 1.3 按线路末端短路计算
辅助保护 电流速断保护 ---- 1.2 按正常方式运行下保护安装处短路计算

10.2变压器保护
1、变压器的故障类型
变压器的内部故障主要有线圈对铁壳绝缘击穿（接地短路）、匝间或层间短路、高低压各相线圈短路等。
变压器外部故障主要有各相出线套管间短路（相间短路）、接地短路等。
不正常运行方式主要有由外部短路和过负荷引起的过电流、不允许的油面降低、温度升高等。
2、变压器的保护方式
（1）瓦斯保护
当变压器内部故障时，短路电流所产生的电弧将使绝缘物和变压器油分解产生大量的气体，利用这种气体来实现的保护装置叫做瓦斯保护。配电变压器容量在800kVA及其以上的油侵式变压器应装设瓦斯保护。

图10-1瓦斯保护原理图
瓦斯保护可以用作防御变压器油箱内部故障和油面降低的主保护，瞬时作用于信号或跳闸。瓦斯保护的灵敏性比差动保护好。
（2）差动保护
差动保护是反应变压器两侧电流差值而动作的保护装置。如图9-2所示，将两侧的电流互感器串联起来，接成环路，电流继电器并联在环路上，流入继电器的电流等于两侧电流互感器二次侧电流差。

(a)外部故障，保护不动作 (b)内部故障，保护动作
图10-2 差动保护的原理接线
差动保护装置的范围是变压器两侧电流互感器安装地点之间的区域。差动保护可以防御变压器油箱内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时作用于跳闸。解决不平衡电流的措施有如下几种：相位补差法；采用带短路线圈的中间速饱和特性和变流器的BCH系列差动继电器。采用BCH系列的差动继电器主要消除的是变压器外部故障及励磁涌流情况下的不平衡电流。
（3）其他保护
电流速断保护：可以防御变压器油箱内部故障和引出线的相间短路、接地短路，瞬时作用于跳闸。
过电流保护：防御外部短路引起的过电流，并作为上述几种保护的后备保护，带时限作用于跳闸，
过负荷保护：主要用来防御因过负荷而引起的过电流，一般只在变压器确实有可能过负荷时才装设，作用于信号。
温度保护：监视变压器温度升高和油冷却系统的故障，作用于信号。
接地保护：安装在变压器二次侧中性线上。
3、变压器保护设置原则
由于电力变压器的容量不同，所设置的保护装置也不完全一样：
（1）对400kVA以下的变压器通常采用高压熔断器保护。
（2）400~800kVA一次侧装有高压熔断器时，可装设带时限的过电流保护，时限若超过0.5s还应装设瞬动型保护；如果一次侧装有负荷开关时，则只能采用高压熔断器保护。若低压侧为干线Yyn0接线的变压器，还应装设单相接地保护。
（3）800kVA以上的变压器装过电流保护装置，如果过电流的动作时限超过0.5s，应装设瞬动型电流保护装置。
（4）2000~6300kVA变压器如果瞬动型电流保护的灵敏度不满足要求时，应改用差动保护。
（5）10000kVA以上变压器装差动保护。
10.3继电保护电流计算
1、带时限过电流保护
基于动作时间特性带时限过电流保护包括定时限和反时限过电流保护]。定时限是保护装置的动作时间是稳定的，与短路电流大小没有任何关系；反时限就是保护装置的动作时间与短路电流大小互为反比，短路电流增加，动作时间减少。
1）动作电流的整定须依照下述原则：
①保护装置动作电流 应避开线路负荷电流最大情况时 表示为；
②保护装置有效解决外部故障后，须恢复到最初位置，表示为。
由于过流保护的，所以以作为动作电流的整定依据，同时引入一个可靠系数，将不等式改成等式，进而将保护装置的返回电流换算到动作电流，即可得到过流保护装置动作电流的计算表达式：
2）动作时限的整定：过流保护的动作时限，根据阶梯原则进行整定，以确
保前后两级保护装置动作的正确选择，即短路作用在后一级保护装置所保护的线路时，前面一级保护的动作时间须大一个时间差值与后一级保护动作时间中最大的那个时间相比较，表示为。定时限过流保护，反时限过流保护。
3)灵敏度校验：按照 ，过电流保护的灵敏度要遵循下述条件：

拟在图8-1线路WL1上设置定时限过电流保护装置，计算如下：
本次设计中变压器选为SCB9-1000/10型，,，干式变压器，电流互感器电流比为。
电流整定值为：
取，过电流保护继电器选用DL-11/11型。
①过电流保护动作时限
②灵敏度的校验。基于变压器低压侧母线在系统最小运行模式的条件下，利用两相短路进行测验，变压器过电流保护灵敏度和线路过电流保护满足条件相同，。
即，满足灵敏度要求。

图10-3 定时限过电流保护装置
2、电流速断保护
带时限的过电流保护其整定时限须依照阶梯原则以便保证动作的选择性，所以离电源处越近，短路电流越大，保护动作时限越长，短路危害越严重，这是过电流保护的不足之处。电流速断保护的特点为瞬时动作。
为了保证前后两级瞬动的电流速断保护的选择性，速断动作电流应该躲过被保护线路末端最大可能的短路电流，目的是减少后一级速断保护所保护线路三相短路故障时误动作的发生。所以电流速断动作电流可表示为。
整定图8-1所示装于WL2首端电流整定值和电流速断保护灵敏度的校验问题。
取，则
电力系统的末端供配电电力变压器的速断保护，一般取额定电流的2-3倍。则，取为。动作时限为；
基于其保护装置设置点的最小短路电流来校验灵敏度，
，满足灵敏度要求。

第11章 防雷与接地系统设计
11.1建筑物防雷等级确定
建筑物的防雷设计，应根据国家标准《建筑防雷规范》进行设置。设置的目的是为了保证建筑物内的人身安全；防止直击雷破坏建筑物，保护建筑物内部的危险物品、贵重物品、机电设备、易燃物品、电器设备不致因雷击而烧毁和损坏。在建筑物供配电设计中，防雷接地系统设计占有重要的地位，因为它关系到供电系统的可靠性，安全性。不管哪类建筑物，在供电设计中都应该包含防雷接地系统设计。
建筑物年预计雷击次数应按下式确定：

式中 N—建筑物预计雷击次数（次/a）;
K—校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面的砖木结构建筑物取1.7；位于河边、湖边、山坡下或山地中土壤电阻率较小处地下水露头处、土山顶部、山谷风口等处的建筑物，以及特别潮湿的建筑物取1.5；
—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度[次/（km2·a）]；
—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）。
此工程所在地为张家口，此地的年平均雷暴日为40.3d/a,建筑物的等效面积由公式
D=
=[LW+2（L+W）·+]·10-6
算出约为0.04㎡。根据公式计算出年预计雷击次数为0.066次/a,根据GB50057-94《建筑物防雷设计规范》，预计雷击次数大于或等于0.06次/a，且小于或等于0.3次/a的住宅、办公楼等一般性民用建筑物应划为第三类防雷建筑物。
因此，本设计应按第三类防雷建筑物的防雷措施进行防雷设计。
11.2建筑物的防雷保护措施
1、防直击雷的措施
（1）建筑物上的避雷针或者避雷网（带）混合组成接闪器。避雷网的网格尺寸不应大于20m20m,或者24m16m。
（2）至少设两根阴下线，在建筑物的四周均匀或者对称布置，其间距不应大于18m。
（3）每一引下线的冲击接地电阻不宜大于30，公共建筑物不大于10，其接地装置与电气设备等接地共用，也可与埋地金属管道相连。当不共用不相连时，两者之间的距离不得大于2m。在共用接地装置与埋地金属管道相连的情况下，接地装置应围绕将建筑物敷设成环形接地体。
2、防止雷电波侵入的措施
低压线路宜全线采用电缆直接埋地敷设或者敷设在架空金属线槽内的电缆引入时，在入户端应将电缆的金属外皮、金属线槽接地。在电缆与架空线连接处，应装设避雷器，避雷器、电缆的金属外皮、钢管和绝缘子的铁脚、金具等连在一起接地，冲击接地电阻不宜大于30。
3、当建筑物高于60m时，60m及以上外墙上的栏杆、门窗等较大的金属物与防雷装置相连。
11.3接地安全设计
在220/3810V低压配电系统中，广泛采用中性点直接接地的运行方式，而且引出有中性线（N线）、保护线（PE线）或者保护中性线（PEN线）。
中性线（N线）功能：用来引出相电压，供电给单相设备；用来传导三相系统中不平衡电流和单相电流；减小负荷中性点的电位偏移。
保护线（PE线）功能：保障人身安全，防止发生触电事故。
低压电网有三类接地方式：TN系统、TT系统、IT系统。TN系统又分TN-C、TN-S、TN-C-S三种。
1、TN系统：TN系统的电源中性点直接接地，并引出中性线（N线）、保护线（PE线）或保护中性线（PEN线），电气设备的外露可导电部分与PE线或PEN线相连。
（1）TN-C系统：四线制系统，N线与PE线合为一根PEN线，所有设备的外露可导电设备均接PEN线。
在接线中若存在三相不平衡或有单相负荷时，保护中性线PEN上呈现不平衡电流，电气设备的外露可导电部分有对地电压的存在。由于N线不得断线，因而在进入建筑物前PEN线应做重复接地。
适用于正常运行时三相负荷基本平衡的情况，同时也适用于220V的单项用电设备及便携式用电设备。
（2）TN-S系统：五线制系统，N线与PE线完全分开，所有设备的外露导电部分均接PE线。
TN-S系统中的PE线在正常运行时无电流通过，电气设备的外露可导电部分无对地电压，当电气设备发生漏电或接地故障时，PE线中有电流通过，此时保护迅速动作，切除故障，从而保证操作人员的人身安全。一般规定PE线不允许断线和进入开关。N线在接有单相负荷时，可能有平不平衡电流。
适用于工业与民用建筑等低压供电系统，是目前我国低压系统中普遍采用的接地方式。
（3）TN-C-S系统：在TN-C-S系统的末端将PEN分开为PE线和N线，分开后不允许再合并。在此系统的前半部分具有TN-C系统的特点，后半部分具有TN-S系统的特点。
适用于工业企业何一般民用建筑。当负荷端装有漏电开关，干线末端装有接零保护时，也可以用于新建住宅小区的供电系统。
2、TT系统：TT系统的电源中性点直接接地，电气设备的外露可导电部分经各自的PE线分别直接接地。
在TT系统中，当电气设备的金属外壳带电时，接地保护装置可以减少触电危险，但低压断路器不一定跳闸，设备的外壳对地电压可能超过安全电压。当漏电电流较小时，需加漏电保护器。配电变压器中性点应直接接地，电气设备外露可导电部分所连接的接地极不应与配电变压器中性点的接地极相连接。所有电气设备外露可导电部分宜采用保护导体与共用的接地网或保护接地母线、总接地端子相连。
适用于无等电位连接的户外场所，例如农场、施工场地、路灯、庭院灯和户外临时用电场所等。
3、IT系统：IT系统的电源中性点不接地或经高阻抗接地电气设备的外露可导电部分经各自的PE线分别直接接地。
在IT系统中，当任何一相发生故障接地时，因为大地可以作为相线继续工作，系统可以继续运行，所以在线路中需加单相接地检测、监视装置，在系统发生故障时报警。所有带电部分应对地绝缘或配电变压器中性点应通过足够大的阻抗接地。电气设备外露可导电部分可单独接地或成组接地，应通过保护导体或保护接地母线、总接地端子与接地极连接。在无特殊要求的情况下，IT系统不宜引出中性导体。系统中包括中性导体在内的任何带电部分严禁直接接地。
适用于对供电不间断和防电击要求很高的场所，国内矿井下、钢铁厂、医院手术室以及不能停电的场所均采用IT系统。
综合考虑几个系统的特点，同时满足安全、可靠、优质、经济的要求，本次接地设计采用TN-S系统。

图11-1 TN-S系统接地方式

结论
本论文遵循建筑电气设计的一般规律和原则，着重于建筑电气的安全可靠性研究，特别是对高层建筑的供配电部分。限于篇幅，论文对建筑电气设计的适用性和经济性涉及偏少。本论文在学习的基础上，汲取前人的经验和积累，力求贴近实际。但由于建筑电气内容广泛，无法兼顾，许多方面涉及尚浅，设计制图还有很多不足之处。
建筑电气的设计与研究需要丰富的实践经验，更由于其行业的综合性，须要多专业的通力合作，才能设计出实用、经济的方案。建筑电气一般包含强电和弱电两大部分，论文侧重对强电部分及弱电部分的消防报警系统的研究，对弱电部分的有线电视、综合布线等方面未加详述。
建筑电气设计的基础和依据就是对建筑物负荷的计算和估测。计算的准确与否，对合理选择设备，安全可靠与经济运行，均起决定性作用。论文详细介绍了负荷计算的方法，特别是需要系数法。在对设备的选择方面更要密切关注市场信息，在满足技术要求的前提下，合理的选择产品，这对建筑的安全稳定运行也是非常重要的，同时还能提高经济性要求，降低投资。
课程设计是检验和锻炼学生实际工程设计能力的一项教学环节，在此次设计中，我综合运用所学知识，认真执行“民规”，“高规”等相关规范，理论联系，为将来的工作奠定了基础。
在满足安全、可靠、优质、经济基本要求的前提下，根据该教学楼用电设备情况，探讨了变电所主接线的最优方案设计，确定选择了主要电气设备型号以及校验问题，以及继电保护和防雷保护设计。现阶段，还没有专门的软件模拟仿真本论文供电系统的设计，不能完成教学楼供电系统智能辅助设计、协助研究设计人员实现过程设想、规划设计呈现等能力，因而也不能通过计算机对供电系统各个细节进行优质化处理。
随着我国经济社会的发展，国内用电需求日益增加，以致出现能源供应不足的问题，使经济发展减缓。当前，我国电能消耗量渐渐增长，不节约的现象时有发生，如何化解用电紧张的矛盾越来越受到人们的广泛关注。应大力规划对供电系统中节能技术的设计，以缓解供电压力。改善变压器各项参数，降低消耗实现其最优利用；加强新生能源的不断改造，对产能结构进行细致化处理。
21世纪，我国的教学楼供电系统设计将有巨大的改观。在大力推进教育工作和未来学生规模不断扩大的条件下，电气设备选择、电气设备布局、继电保护以及防雷保护设计对教学楼供电系统将产生更大的影响，会做到安全性提高，可靠性增强，更加灵活、经济。对于现代供电系统的未来发展，日益扩展着的电网领域的运行机理渐渐打破了原来运行模式的束缚，如何加强电力系统运行的稳定性和怎么提高其控制能力将成为一项艰巨的任务。国内外电力系统发展改革的当前趋势是智能电网的运用。随着社会信息化的快速发展，供电系统中的节能措施起着举足轻重的作用，未来将会大力提高节能技术，未来将向节能减排，向着健康绿色的发展模式努力。

致谢
这次的毕业论文设计总结是在我的指导老师亲切关怀和悉心指导下完成的。我明白应牢固掌握大学所学的基本电气专业知识，正确建立远大的学习目标，并且我也懂得了很多做人的基本道理和处事原则。从选择题目到正式确定题目教学楼供电系统设计论文到终稿的顺利完成，里面的很多细节性问题自己都处理得不够完善。从毕业设计选题到设计完成，老师给予了我耐心指导与细心关怀，有了莫老师耐心指导与细心关怀我才不会在设计的过程中迷失方向，失去前进动力。老师有严肃的科学态度，严谨的治学精神和精益求精的工作作风，这些都是我所需要学习的，感谢老师给予了我这样一个学习机会，谢谢!
　　感谢与我做同一个课程的同学们，谢谢你们给我提供资料，感谢关心我支持我的朋友们，感谢你们给予我的帮助与关怀。

参 考 文 献
[1]《全国民用建筑工程设计技术措施》，中国建筑标准研究所主编，第一版，中国计划出版社出版，［2003］
[2]《通用用电设备配电设计规范》，中华人民共和国机械工业部主编，GB50055—93，建设部标准定额研究所出版，［1993］
[3]《供配电系统设计规范》，中国人民共和国机械工业部负责主编，GB 50052-95，中国计划出版社出版，［1995］
[4]《3～110kV高压配电装置设计规范》，中国人民共和国能源部负责主编，GB 50060-92，中国计划出版社，[1992]
[5]《电力工程电缆设计规范》，中国人民共和国电力工业部主编，GB 50217—94，中国计划出版社出版，[1995]
[6]《10KV及以下变电所设计规范》，中国人民共和国机械工业部负责主编，GB 50053—94，中国计划出版社，[1994]
[7]《民用建筑照明标准》，中国人民共和国原城乡建设环境保护部，GB 133—90，中国计划出版社出版，[1990]
[8]《电力工程电缆设计规范》，中国人民共和国电力工业部主编，GBJ 50217—94，中国计划出版社出版，[1995]
[9]《民用建筑电气设计规范》，中国建筑东北设计研究院，JGJ/T 16-92，建设部标准定额研究所组织出版，［1993］
[10]《工业电视系统设计规范》，中华人民共和国冶金工业部，GBJ115-87，中国计划出版社出版，［1987］
[11]《工业电视系统设计规范》，中华人民共和国冶金工业部，GBJ115-87，中国计划出版社出版，［1987］
[12]《低压配电设计规范》，中国人民共和国机械工业部负责主编，GB 50053-95，中国计划出版社出版，［1995］
[13]《建筑电气设计图集》，刘宝林主编，中国建筑工业出版社，［2002］
[14]《建筑电气设计实例图册》，孙成群主编，中国建筑工业出版社，［2003］
[15]《21世纪建筑电气设计手册》，朱银根主编，中国建筑工业出版社，［2003］
[16]《现代建筑电气设计》，刘宝林主编，机械工业出版社，［2003］